Skip to main content
SUPERVISOR
Mahshid Kharaziha-esfahani,Fatallah Karimzadeh
مهشید خرازیهای اصفهانی (استاد راهنما) فتح اله کریم زاده (استاد راهنما)
 
STUDENT
Fatemeh Moradi
فاطمه مرادی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1396

TITLE

Design and Fabrication of a Single Electrode Triboelectric nanogenerator based on polymeric PDMS film and Graphene Oxide nanoparticles by creating a surface micro-texture
In recent years, the usage of graphene oxide (GO) super capacitors with high energy densities in storage devices have attracted a tremendous attention. The transfer of graphene onto flexible polydimethylsiloxane (PDMS) substrates has been achieved by a simple, etching- free method. This transfer is due to the very low surface energy of PDMS. A TENG is used to convert mechanical energy into electricity by a conjunction of triboelectri?cation and electrostatic induction. In this research, PDMS surface was patterned using a nanoporous anodic titanium oxid template. After that, GO despersion was coated on PDMS patterned surface in different concentrations (0.1, 0.2, 0.4 and 0.5 wt%). The maximum power density of this device can reach up to 2.9 W/m 2 , voltage of 620 V and current density of 2.1 mA/m 2 are observed. In order to enhance the triboelectric performance of a single- friction triboelectric nanogenerator (S-TENG), the polymer composites consisting of various concentrations of GO nanosheets (0, 0.02, 0.05, 0.5, 1, and 1.5 wt%) were fabricated. The maximum power density of this device can reach up to 7.4 W/m 2 , voltage of 914.6 V and current density of 3.3 mA/m 2 are observed. It was concluded that the performance of the composite sample is better than the coated one. Because of the two dimensional nanostructure and excellent surface properties, the GO- based TENG shows a sensitive force detection and a antimicrobial activity. This device, which has a simple structure, was fabricated in a low- cost method and a simple manufacturing process. The generated electric energy could supply the power required for 100 commercial blue light emitting diodes (LEDs) without any energy storage process. This higher performance is due to the formation of nanopores and strengthened negative charges on PDMS from the fibrous structure and oxygen functional groups of GO, respectively. Performance of the devices are also systematically investigated under various motion types and pressure forces. on palm tapping the device. The developed TENG in this research, shows a great promise for applications in systems such as wearable electronic devices, self- powered touch panels, artificial skins and smart wireless sensor networks. Keywords: Triboelectric Nanogenerator, Graphene Oxide, Porous Structure, Polydimethylsiloxane,
بحران‌های انرژی و زیست ‌محیطی در سالیان اخیر، حرکت به سمت انرژی‌های پاک، تجدید پذیر و پایدار در مقیاس و کاربردهای گوناگون را به امری اجتناب‌ناپذیر تبدیل کرده است. در حال حاضر باتری‌ها متداول‌ترین تجهیز برای تامین انرژی موردنیاز این نوع سیستم‌ها هستند. عمر محدود، لزوم دسترسی جهت تعویض، ابعاد بزرگ و وزن بالا (در مقایسه با کل سیستم) و صدمات زیست‌محیطی ناشی از دفع آن­ها، از مشکلات بزرگ باتری‌ها به شمار می‌روند. در مقیاس کوچک، سیستم‌هایی پایدار، کم­وزن و بدون نیاز به تعمیر و نگهداری، توان موردنیاز سیستم­های نانوالکترومکانیکی، تجهیزات پزشکی قابل کاشت در بدن، تجهیزات الکترونیکی همراه، نانوربات‌ها وغیره را تامین کردند. هدف از گزارش حاضر، ساخت و توسعه نانوژنراتور تریبوالکتریک تک الکترود به منظور تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی است. بدین منظور، با در نظر گرفتن پارامترها و عوامل مؤثر در توان خروجی سیستم، انتخاب موادی چون لایه پلی­دی­متیل­سیلوکسان اصلاح شده با اکسیدگرافن به عنوان لایه تریبوالکتریک، و اکسید قلع آلاییده شده با فلورین به عنوان الکترود پیشنهاد می­شود. به منظور بهبود خواصی از جمله افزایش چگالی بار سطحی، فرایندهای اصلاح سازی شامل پوشش­دهی با انواع گوناگون نانومواد (از جمله اکسیدگرافن) و ایجاد الگو بر روی سطح آن انجام شد. در این راستا ابتدا سطح پلی­دی­متیل سیلوکسان توسط قالب­های آندایز شده آلیاژتیتانیوم الگودار شده، سپس اکسیدگرافن محلول در اتانول با غلظت­های مختلف(1/0، 2/0، 4/0، 5/0درصد وزنی) روی سطح الگوها به روش غوطه­وری قرارگرفت. پس از آن، پارامتر­های مؤثر بر خروجی نانوژنراتور مانند ترکیب شیمیایی، ضخامت و ابعاد لایه­های تریبوالکتریک بهینه­سازی شد و خواص مکانیکی و فیزیکی آن ارزیابی­شد. نتایج نشان داد که ولتاژ 620 ولت، چگالی جریان 1/2 میلی­آمپر بر مترمربع و چگالی توان 9/2 ­وات بر مترمربع تولید گردید. سپس به منظور بهبود خواص مکانیکی و الکتریکی و به دام انداختن الکترون­ها جهت افزایش چگالی باردر زیرلایه پلی­دی­متیل­سیلوکسان، نانوذرات اکسیدگرافن به صورت کامپوزیتی مورد استفاده قرار گرفت. در این راستا اکسیدگرافن در درصدهای وزنی مختلف (0، 02/0، 05/0، 5/0و 5/1 ) به پلی­دی­متیل­سیلوکسان افزوده­شد و خواص سطحی، مکانیکی و فیزیکی زیرلایه­های ساخته شده ارزیابی شد. پس از آن، عوامل مؤثر بر نانوژنراتور مانند فرکانس ضربه به نانوژنراتور، نیروی اعمالی، ترکیب شیمیایی، مورفولوژی زیرلایه­های اصطکاکی، ثابت­دی­الکتریک و ابعاد بهینه­سازی شد. نتایج نشان­داد که استفاده از زیر لایه پلیمری در حالت کامپوزیت با اکسیدگرافن ضمن بهبود خواص مکانیکی، سبب ارتقای چگالی جریان به میزان 57 درصد شد. در این شرایط خروجی نانوژنراتور به ولتاژ خروجی6/ 914ولت، چگالی جریان 3/3 میلی­آمپر بر مترمربع و چگالی توان4/7 وات بر مترمربع رسید. سپس به منظور اطمینان از تولید توان توسط نانوژنراتور فوق، از انرژی تولیدی به منظور روشن کردن 100 دیود نوری و راه­اندازی یک ساعت مچی بدون استفاده از باتری استفاده­شد. کلمات کلیدی : نانوژنراتور، تریبو الکتریک ،اکسیدگرافن، پلی­دی­متیل­سیلوکسان

ارتقاء امنیت وب با وف بومی